Nanoscience mittels Rastersondenmikroskopie
Nanoscience using Scanning Probe Microscopy

Modul PH2140

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2022 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
SS 2022WS 2021/2SS 2021WS 2020/1SS 2020SS 2019SS 2018WS 2017/8SS 2017SS 2012

Basisdaten

PH2140 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das in jedem Semester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Fokussierungsrichtung Bildgebende Verfahren im M.Sc. Biomedical Engineering and Medical Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2140 ist Anthoula Chrysa Papageorgiou.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

This module focuses on scanning probe microscopes (SPM) as powerful tools to both explore and further manipulate the nanoworld. The ability of scanning probe techniques to visualize surfaces in real space and to characterize and even trigger physical and chemical processes on the atomic level renders invaluable to physics, chemistry, materials science, and biology. Specifically, this course will cover the following methods:

  • Scanning tunneling microscopy (and spectroscopy)
  • Atomic force microscopy (and spectroscopy)
  • Scanning near-field optical microscopy

The underlying fundamental principles of the methodology and the experimental implementation of each technique is studied. Particular emphasis will be put on seminal experimental studies highlighting the potential of scanning probe microscopy to unveil nanoscale phenomena. We will learn on the application of SPM to obtain structural, electronic, magnetic, chemical and mechanical characterization of surfaces and surface nanostructures with spatiotemporal resolution. Furthermore, we will see how SPM can be used as a bottom up nanotechnology method via controlled manipulation of individual atoms and molecules.

Lernergebnisse

After successful completion of the module the students are able to:

1.     Describe the theoretical background and experimental setup of the visited scanning probe techniques

2.     Put into perspective their range of application

3.     Critically evaluate current studies using SPM

4.     Design SPM experiments

Voraussetzungen

While there are no strict requirements, previous exposure to quantum mechanics, thermal physics and the basic notions of atomic, molecular & condensed matter physics will be helpful.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

The lectures are thematically structured and a handout of the slides is uploaded in the moodle platform before each lecture. Each lecture commences with a clear outline of the learning objectives. Concepts are linked to prior knowledge acquired both in the general course of study and within the topics covered in this module. Projected slides are used for the lecture presentation, while important concepts are illustrated and highlighted in hand writing/drawing.

Laboratory visits guided by experts enhance the insight in the current applications of surface and nanoscale science will be organised subject to ongoing physical restrictions due to COVID.

Question sheets provide the means of self-evaluation. Handouts and course announcements are also communicated via the Moodle platform. 

Medienformen

Power point presentation, blackboard work, lecture notes, question sheets, lab visits, supplementary literature.

Literatur

Recommended textbooks:

  • R. Wiesendanger: Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy:Methods and Applications, Cambridge University Press, 1994
  • B. Voigtländer: Scanning Probe Microscopy: Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy, Springer, 2015

The literature is based largely on journal articles. The lecture handouts contain hyperlinks of all relevant material available via the TUM library.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Welche AFM Mess-Moden kennen Sie und worin unterscheiden die verschiedenen Moden sich?
  • Skizzieren Sie den experimentellen Aufbau eines Rastertunnelmikroskops.
  • Wie kann man spin-aufgelöste STM Messungen machen?

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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